铜耐磨层电子束3D打印结构设计和工艺研究(4)
在国内，清华大学整合国内主要的电子束设备，由此作了多方面的论证，并开发出电子束选区烧结工艺和3D模型分层制造设备，并已在国内申请了专利[23]。他们发明的3D模型分层制造设备也是以粉末类材料为原材料。该设备工作时，电子束每次扫描特定区域的时间很短，当整个成型区域已经扫描完成时，扫描起点的温度并没有发生太大的变化。通过一帧或多帧的扫描，特定区域内的材料同时呈阶梯式的升高温度，同时达到烧结或重熔所需求的温度，然后一起沉积堆垛到成型的区域上，然后同步降温。
1.3.3 电子束选区烧结成型技术优点和缺陷
电子束加工是一种新型的高能束流的加工手段，它使用高能量、高速度的电子束为热源，材料成型能够经过磁偏转线圈来加以控制。因此它拥有其一系列的优势[24]：
(1) 电子束斑点直径小，加热功率密度大，焊接速度快，焊缝宽度狭窄， 热影响区小，特别适宜于精密焊接和微型焊接；
(2) 可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可以不开坡口一次成形；
(3) 多数构件是在真空条件下焊接，焊缝纯洁度高；
(4) 电子束能够调节聚束透镜的电流来对焦，束的直径最高能够达到0.1 nm。因此能够极细的聚焦，对焦方便；
(5) 焊接热输入低，焊接热变形小；
(6)相比激光焊接，不会出现因为材料反射率降低而导致焊件熔化的现象，可加工材料广泛。
电子束烧结快速成形技术是最近几年新兴的热门研究课题，总的来说取得了一些发展，但是该技术尚未完全成熟，若想得到在工业上广泛的应用，还须进行深入的探究：
1）工艺研究需要进一步系统化；
2）理论研究需要进一步创新化；
3）进一步提高粉末的输送精度及流量控制；
4）为了确定在不同的情况下成形精度和成形速度的匹配度，从而提高成形速率，仍需要进行大量的实验；
电子束选区快速烧结成形技术是将电子束焊接的优点和快速制造技术的优点相结合的产物，不仅能够充分利用电子束真空加工的环境、高能量密度以及扫描速度快的特点，而且能够发挥快速制造无需加工模具，开发周期短以及制造成本低的优势。该技术还有机的融合了电子束熔焊技术、粉末冶金技术和快速制造技术等众多工艺的优点，集各领域优势于一身，今后必将在重工业、航空航天业、特种金属制造业等领域得到充分的发展和应用，具有非常广阔的应用前景。[25]
1.4 课题的目的和任务
本实验目的在于采用高能电子束作为焊接热源，实现不锈钢粉末在基板上面的快速成型，并在此基础上，研究金属粉末的宏观成型状态、微观组织、硬度等特征。所选的打印材料为314铁基合金粉末和纯铜基板。
本实验的任务拟定为以下几点：
（1）通过调节聚焦电流与束流，实现314粉末在基板上面的快速成型，得到一般的不锈钢粉末快速成型电子束焊接工艺参数。
（2）开展电子束打印不锈钢粉末工艺实验，分析宏观成型状态、宏观微观金相组织特征，并研究分析实验过程中的缺陷、问题等。
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